Sulu Çözeltilerden Maxılon Golden Yellow Gideriminde Farklı Ortam Koşullarının Adsorbent (Ham Ve Modifiye Kil) Davranışına Etkileri

(1)

T.C.

NEVŞEHİR HACI BEKTAŞ VELİ ÜNİVERSİTESİ

FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

SULU ÇÖZELTİLERDEN MAXILON GOLDEN YELLOW

GİDERİMİNDE FARKLI ORTAM KOŞULLARININ

ADSORBENT (HAM VE MODİFİYE KİL) DAVRANIŞINA

ETKİLERİ

Tezi Hazırlayan

Ezgi GÜNEŞ GÜRDAL

Tez Danışmanı

Doç. Dr. Erkan KALIPCI

Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı

Yüksek Lisans Tezi

Kasım 2019

NEVŞEHİR

(2)

(3)

T.C.

NEVŞEHİR HACI BEKTAŞ VELİ ÜNİVERSİTESİ

FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

SULU ÇÖZELTİLERDEN MAXILON GOLDEN YELLOW

GİDERİMİNDE FARKLI ORTAM KOŞULLARININ

ADSORBENT (HAM VE MODİFİYE KİL) DAVRANIŞINA

ETKİLERİ

Tezi Hazırlayan

Ezgi GÜNEŞ GÜRDAL

Tez Danışmanı

Doç. Dr. Erkan KALIPCI

Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı

Yüksek Lisans Tezi

Kasım 2019

NEVŞEHİR

(4)

(5)

(6)

iii

TEŞEKKÜR

Bu çalışmamın gerçekleştirilmesinde bilgi birikim ve tecrübeleri ile bana yol gösteren, kendisine her danıştığımda bana değerli zamanını ayırıp sabırla faydalı olabilmek için elinden geleni sunan saygıdeğer danışman hocam Doç. Dr. Erkan KALIPCI’ ya sonsuz teşekkürlerimi ve şükranlarımı sunarım.

Yine çalışmam da kaynak, konu ve yöntem açısından sürekli yol gösteren, çalışmam boyunca bana verdiği değerli bilgilerle meslek hayatıma çok büyük katkı sağlayan, çalışma süresince tüm zorlukları benimle göğüsleyen, iyi niyeti ve sabrı ile hayatımın her evresinde bana destek olan değerli ablam, aynı zamanda hocam Dr. Öğr. Üyesi Sevgi GÜNEŞ DURAK’ a sonsuz teşekkürlerimi sunarım.

Hayatım boyunca benim için ellerinden gelenin en fazlasını yapan ve benden desteklerini hiçbir zaman esirgemeyen annem ile babama ve sevgili eşim Ali GÜRDAL’a teşekkür ederim.

(7)

iv

SULU ÇÖZELTİLERDEN MAXILON GOLDEN YELLOW GİDERİMİNDE FARKLI ORTAM KOŞULLARININ ADSORBENT (HAM VE MODİFİYE KİL)

DAVRANIŞINA ETKİLERİ (Yüksek Lisans Tezi)

Ezgi GÜNEŞ GÜRDAL

NEVŞEHİR HACI BEKTAŞ VELİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Eylül 2019 ÖZET

Yapılan tez çalışmasında renk probleminin çözümüne katkı sağlamak amacıyla tekstil endüstrisinde kullanılan bir boyarmadde olan Maxillon Golden Yellow GL EC 400% (MGY 400)’ün sulu çözeltiden giderimi çalışılmıştır. Bunun için fiziksel giderim metotlarından biri olan adsorpsiyon metodu kullanılmıştır. Adsorplayıcı madde olarak ise Nevşehir İli’nin Avanos İlçesi’nden doğal kil temin edilmiş ardından ham kil (K0) ve ultrasonik ses dalgaları ile modifiye edilen kil (K1) analizlerde kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, her iki kil için de en yüksek renk giderimi 300. dakikada ve 25 o_C sıcaklıkta K0 kili için pH 8 iken (%98,44) ve K1 kili için ise pH 4 iken (%99,01) sağlanmıştır. Her iki kil ile gerçekleştirilen adsorpsiyon deneylerinde temas süresi arttıkça adsorpsiyon verimliliği de artmıştır. Langmuir ve Freundlich İzotermlerine göre analizler yapıldığında ise adsorpsiyon deneylerinin Langmuir İzotermine daha uygun olduğu belirlenmiştir.

Anahtar kelimeler: Adsorpsiyon, adsorpsiyon izotermleri, boyarmadde, kil, ultrasonik ses dalgası.

Tez Danışmanı: Doç. Dr. Erkan KALIPCI Sayfa Adeti: 92

(8)

v

THE EFFECTS OF DIFFERENT MEDIA CONDITIONS ON ADSORBENT (RAW and MODIFIED CLAY) BEHAVIOR IN MAXILON GOLDEN YELLOW

REMOVAL FROM WATER SOLUTIONS (M. Sc. Thesis)

Ezgi GÜNEŞ GÜRDAL

NEVSEHIR HACI BEKTAŞ VELI UNIVERSITY

GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES September 2019

ABSTRACT

In this study, in order to contribute to the solution of the color problem the removal of Maxillon Golden Yellow GL EC 400% (MGY 400), a dyestuff used in the textile industry, from aqueous solution was studied. For this purpose, one of the physical removal methods, the adsorption method was used. As an adsorptive substance, natural clay was obtained from Avanos District of Nevsehir Province and then it was used as a raw clay (K0) and modified clay (K1) which was exposed to ultrasonic sound waves. According to the results, the highest color removal for both clays was obtained at 300 minutes and 25 oC when pH was 8 (98.44%) for K0 clay and pH 4 (99.01%) for K1 clay. Adsorption efficiency with both clays increased with contact time increased. In the adsorption experiments performed with both clays, the adsorption efficiency decreased as the contact time increased. According to Langmuir and Freundlich Isotherms, it was determined that adsorption tests were more suitable for Langmuir Isotherm.

Keywords: Adsorption, adsorption isotherms, clay, dyestuff, ultrasonic sound wave. Thesis Supervisor: Doç. Dr. Erkan KALIPCI

(9)

vi İÇİNDEKİLER TEZ BİLDİRİM SAYFASI ... ii TEŞEKKÜR ... iii ÖZET... iv ABSTRACT ... v İÇİNDEKİLER ... vi TABLOLAR LİSTESİ ... x ŞEKİLLER LİSTESİ ... xi

SİMGELER VE KISALTMALAR LİSTESİ ... xvi

1. BÖLÜM ... 1

GİRİŞ ... 1

1.1. Amaç ve Kapsam ... 1

1.1.1. Tekstil endüstrisinin tarihçesi ... 4

1.1.2. Tekstil boyama ve sınıflandırılmasının tarihçesi ... 6

1.2. Boya ve Boyarmaddeler ... 10

1.2.1. Boyarmaddelerin Kimyasal Yapılarına Göre Sınıflandırılması ... 11

1.2.2. Reaktif boyalar ... 12

Reaktif boyarmaddelerin sınıflandırılması ... 12

1.2.3. Boyarmaddelerin çevresel zararları... 12

1.2.4. Boyama işleminin aşamaları ... 13

1.3. Tekstil Atıksularını Arıtma Yöntemleri ... 14

1.3.1. Fiziksel arıtma yöntemleri... 14

Adsorpsiyon ... 14

Sedimentasyon ... 15

Membran Filtrasyonu ... 15

(10)

vii

1.3.2. Kimyasal Yöntemler ... 16

Oksidasyon... 16

H2O2-Fe(II) Tuzları (Fenton Prosesi) ... 16

Koagülasyon ve Flokulasyon ... 16

Ozon ... 17

Fotokimyasal Yöntem ... 17

Elektrokimyasal Yöntem ... 17

1.3.3. Biyolojik Arıtma Yöntemleri ... 18

1.4. Adsorpsiyon ... 18

1.4.1. Adsorpsiyon Türleri ... 20

Fiziksel Adsorpsiyon ... 20

Kimyasal Adsorpsiyon ... 20

1.4.2. Adsorpsiyona Etki Eden Faktörler ... 20

Yüzey Alanı ... 20

Çözünen Maddenin Cinsi ve Özellikleri ... 21

Yabancı Çözünenlerin Etkisi ... 21

Ortam pH’ı ... 21

Sıcaklık ... 21

Adsorbent modifikasyonu (Ultrases) ... 21

1.4.3. Adsorpsiyon Dengesi ve İzotermler ... 22

Freundlich izotermi ... 22

Langmuir izotermi ... 22

BET (Brunauer, Emmet, Teller) izotermi ... 24

2. BÖLÜM ... 25

LİTERATÜR ARAŞTIRMASI ... 25

(11)

viii

MALZEME VE YÖNTEM ... 30

3.1. Malzeme ... 30

3.2. Yöntem ... 33

3.3. Adsorpsiyon Analizlerine Etki Eden Faktörler ... 34

3.3.1. pH’ın etkisi ... 34

3.3.2. Adsorpsiyon sıcaklığının etkisi ... 34

3.3.3. Temas süresinin etkisi ... 34

4. BÖLÜM ... 35

BULGULAR ... 35

4.1. pH’ın Etkisi ... 35

4.1.1. K0 kili ile yapılan analizlerde pH etkisi ... 35

4.1.2. K1 kili ile yapılan analizlerde pH etkisi ... 38

4.2. Adsorpsiyon sıcaklığının etkisi ... 40

4.2.1. K0 kili ile yapılan analizlerde adsorpsiyon sıcaklığının etkisi ... 40

4.2.2. K1 kili ile yapılan analizlerde adsorpsiyon sıcaklığının etkisi ... 44

4.3. Adsorpsiyon temas süresinin etkisi ... 47

4.3.1. K0 kili ile yapılan analizlerde temas süresinin etkisi ... 47

4.3.2. K1 kili ile yapılan analizlerde temas süresinin etkisi ... 49

4.4. Adsorpiyon izotermleri ... 51

4.4.1. 25 oC sıcaklık için adsorpsiyon izotermleri ... 51

5. BÖLÜM ... 67

SONUÇLAR VE ÖNERİLER ... 67

(12)

ix

(13)

x

TABLOLAR LİSTESİ

Tablo 1.1. Tekstil endüstrisi atıksuyu karakterizasyonundaki sınır değerler ... 5

Tablo 1.2. Kaynak ve Elektrik Tüketimi ... 6

Tablo 1.3. Atıksu arıtma yöntemleri ... 14

Tablo 4.1. 25 oC sıcaklık için Langmuir İzotermleri ... 54

Tablo 4.2. 25 oC sıcaklık için Freundlich İzotermleri ... 55

Tablo 4.3. 35 o_{C sıcaklık için Langmuir İzotermleri ... 58}

Tablo 4.4. 35 o_{C sıcaklık için Freundlich İzotermleri ... 59}

Tablo 4.5. 45 o_{C sıcaklık için Langmuir İzotermleri. ... 61}

Tablo 4.6. 45 o_{C sıcaklık için Freundlich İzotermleri ... 62}

Tablo 4.7. 60 oC sıcaklık için Langmuir İzotermleri ... 65

(14)

xi

ŞEKİLLER LİSTESİ

Şekil 1.1. Renk içeren sular (a) Çözünmüş maddelerden kaynaklı (tanin), (b) Askıda

maddelerden kaynaklı (sediment) ... 3

Şekil 1.2. Diazotizasyon reaksiyonu ... 8

Şekil 1.3. Kongo Kırmızısı ... 9

Şekil 3.1. Ham kil (K0) ve Modifiye kil (K1) ... 30

Şekil 3.2. Minipure, Destup ... 31

Şekil 3.3. NÜFE, NF 200 ... 31

Şekil 3.4. JSR, JSOF-100 ... 31

Şekil 3.5. Bandelin, HD 2200 ... 31

Şekil 3.6. MGY 400'ün kimyasal yapısı ... 32

Şekil 3.7. MGY 400 için kalibrasyon eğrisi belirleme çalışması ... 32

Şekil 3.8. MGY 400 için hazırlanan kalibrasyon eğrisi ... 32

Şekil 3. 9. Thermo, UV-VIS Spektrofotometre ... 33

Şekil 4.1. 5 dakikalık adsorpsiyon temas süresine göre başlangıç pH’ının ve sıcaklığın renk giderim verimine etkisi ... 35

(15)

xii

Şekil 4.10. 300 dakikalık adsorpsiyon temas süresine göre başlangıç pH’ının ve sıcaklığın renk giderim verimine etkisi ... 40 Şekil 4.11. pH 2 için farklı adsorpsiyon temas sürelerinde sıcaklığın renk giderim verimine etkisi ... 41 Şekil 4.12. pH 4 için farklı adsorpsiyon temas sürelerinde sıcaklığın renk giderim verimine etkisi ... 41 Şekil 4.13. pH 6 için farklı adsorpsiyon temas sürelerinde sıcaklığın renk giderim verimine etkisi ... 42 Şekil 4. 14. pH 8 için farklı adsorpsiyon temas sürelerinde sıcaklığın renk giderim verimine etkisi ... 42 Şekil 4.15. pH 10 için farklı adsorpsiyon temas sürelerinde sıcaklığın renk giderim verimine etkisi ... 43 Şekil 4.16. pH 12 için farklı adsorpsiyon temas sürelerinde sıcaklığın renk giderim verimine etkisi ... 43 Şekil 4.17. pH 2 için farklı adsorpsiyon temas sürelerinde sıcaklığın renk giderim verimine etkisi ... 44 Şekil 4. 18. pH 4 için farklı adsorpsiyon temas sürelerinde sıcaklığın renk giderim verimine etkisi ... 44 Şekil 4.19. pH 6 için farklı adsorpsiyon temas sürelerinde sıcaklığın renk giderim verimine etkisi ... 45 Şekil 4.20. pH 8 için farklı adsorpsiyon temas sürelerinde sıcaklığın renk giderim verimine etkisi ... 45 Şekil 4.21. pH 10 için farklı adsorpsiyon temas sürelerinde sıcaklığın renk giderim verimine etkisi ... 46 Şekil 4. 22. pH 12 için farklı adsorpsiyon temas sürelerinde sıcaklığın renk giderim verimine etkisi ... 46 Şekil 4.23. K0 kili için başlangıçtaki pH 2 olduğunda farklı sıcaklıklardaki temas sürelerinin giderim verimine etkisi ... 47 Şekil 4.24. K0 kili için başlangıçtaki pH 4 olduğunda farklı sıcaklıklardaki temas sürelerinin giderim verimine etkisi ... 48 Şekil 4.25. K0 kili için başlangıçtaki pH 6 olduğunda farklı sıcaklıklardaki temas sürelerinin giderim verimine etkisi ... 48

(16)

xiii

Şekil 4. 26. K0 kili için başlangıçtaki pH 8 olduğunda farklı sıcaklıklardaki temas sürelerinin giderim verimine etkisi ... 48 Şekil 4. 27. K0 kili için başlangıçtaki pH 10 olduğunda farklı sıcaklıklardaki temas sürelerinin giderim verimine etkisi ... 49 Şekil 4.28. K0 kili için başlangıçtaki pH 12 olduğunda farklı sıcaklıklardaki temas sürelerinin giderim verimine etkisi ... 49 Şekil 4.29. K1 kili için başlangıçtaki pH 2 olduğunda farklı sıcaklıklardaki temas sürelerinin giderim verimine etkisi ... 49 Şekil 4.30. K1 kili için başlangıçtaki pH 4 olduğunda farklı sıcaklıklardaki temas sürelerinin giderim verimine etkisi ... 50 Şekil 4.31. K1 kili için başlangıçtaki pH 6 olduğunda farklı sıcaklıklardaki temas sürelerinin giderim verimine etkisi ... 50 Şekil 4.32. K1 kili için başlangıçtaki pH 8 olduğunda farklı sıcaklıklardaki temas sürelerinin giderim verimine etkisi ... 50 Şekil 4.33. K1 kili için başlangıçtaki pH 10 olduğunda farklı sıcaklıklardaki temas sürelerinin giderim verimine etkisi ... 51 Şekil 4.34. K1 kili için başlangıçtaki pH 12 olduğunda farklı sıcaklıklardaki temas sürelerinin giderim verimine etkisi ... 51 Şekil 4.35. Başlangıç pH’ı 2 olduğunda K0 ve K1 killeri ile adsorplanan madde miktarının değişimi ... 52 Şekil 4.36. Başlangıç pH’ı 4 olduğunda K0 ve K1 killeri ile adsorplanan madde miktarının değişimi ... 52 Şekil 4.37. Başlangıç pH’ı 6 olduğunda K0 ve K1 killeri ile adsorplanan madde miktarının değişimi ... 52 Şekil 4.38. Başlangıç pH’ı 8 olduğunda K0 ve K1 killeri ile adsorplanan madde miktarının değişimi ... 53 Şekil 4.39. Başlangıç pH’ı 10 olduğunda K0 ve K1 killeri ile adsorplanan madde miktarının değişimi ... 53 Şekil 4.40. Başlangıç pH’ı 12 olduğunda K0 ve K1 killeri ile adsorplanan madde miktarının değişimi ... 53 Şekil 4.41. Başlangıç pH’ı 2 olduğunda K0 ve K1 killeri ile adsorplanan madde miktarının değişimi ... 56

(17)

xiv

Şekil 4.42. Başlangıç pH’ı 4 olduğunda K0 ve K1 killeri ile adsorplanan madde miktarının değişimi ... 56 Şekil 4.43. Başlangıç pH’ı 6 olduğunda K0 ve K1 killeri ile adsorplanan madde miktarının değişimi ... 56 Şekil 4.44. Başlangıç pH’ı 8 olduğunda K0 ve K1 killeri ile adsorplanan madde miktarının değişimi ... 57 Şekil 4.45. Başlangıç pH’ı 10 olduğunda K0 ve K1 killeri ile adsorplanan madde miktarının değişimi ... 57 Şekil 4.46. Başlangıç pH’ı 12 olduğunda K0 ve K1 killeri ile adsorplanan madde miktarının değişimi ... 57 Şekil 4. 47. Başlangıç pH’ı 2 olduğunda K0 ve K1 killeri ile adsorplanan madde miktarının değişimi ... 59 Şekil 4.48. Başlangıç pH’ı 4 olduğunda K0 ve K1 killeri ile adsorplanan madde miktarının değişimi ... 59 Şekil 4.49. Başlangıç pH’ı 6 olduğunda K0 ve K1 killeri ile adsorplanan madde miktarının değişimi ... 60 Şekil 4. 50. Başlangıç pH’ı 8 olduğunda K0 ve K1 killeri ile adsorplanan madde miktarının değişimi ... 60 Şekil 4.51. Başlangıç pH’ı 10 olduğunda K0 ve K1 killeri ile adsorplanan madde miktarının değişimi ... 60 Şekil 4.52. Başlangıç pH’ı 12 olduğunda K0 ve K1 killeri ile adsorplanan madde miktarının değişimi ... 61 Şekil 4.53. Başlangıç pH’ı 2 olduğunda K0 ve K1 killeri ile adsorplanan madde miktarının değişimi ... 62 Şekil 4.54. Başlangıç pH’ı 4 olduğunda K0 ve K1 killeri ile adsorplanan madde miktarının değişimi ... 63 Şekil 4.55. Başlangıç pH’ı 6 olduğunda K0 ve K1 killeri ile adsorplanan madde miktarının değişimi ... 63 Şekil 4.56. Başlangıç pH’ı 12 olduğunda K0 ve K1 killeri ile adsorplanan madde miktarının değişimi ... 63 Şekil 4. 57. Başlangıç pH’ı 10 olduğunda K0 ve K1 killeri ile adsorplanan madde miktarının değişimi ... 64

(18)

xv

Şekil 4. 58. Başlangıç pH’ı 12 olduğunda K0 ve K1 killeri ile adsorplanan madde miktarının değişimi ... 64

(19)

xvi

SİMGELER VE KISALTMALAR LİSTESİ AOH: Adsorplanabilen organik halojen bileşikleri

BET: Brunauer, Emmet, Teller BOİ: Biyolojik oksijen ihtiyacı Bt: Bentonit

CV: Kristal viyolet CR: Kongo kırmızısı

CTAB:Setil trimetil amonyum bromür

FTIR: Fourier Transform Infrared Spektroformetri ICI: The Investment Company Instıtute

K0: Avanos ham kil K1: Avanos modifiye kil KOİ: Kimyasal oksijen ihtiyacı MB: Metilen mavisi

MG: Malaşit yeşili

MGY 400: Maxilon Golden Yellow GL EC 400% MO: Metil oranj

TGA: Termogravimetrik analiz TSS: Toplam çözünebilir katılar UV: Ultraviyole

(20)

1

1. BÖLÜM GİRİŞ 1.1. Amaç ve Kapsam

Hızlı nüfus artışı, köylerden kentlere göç edilmesine sebep olmuş ve artan nüfus, kent sanayisine hazır iş gücü oluşturmuştur. Buna bağlı olarak da sanayi devrimi ortaya çıkmış ve yüksek istihdam sağlanmıştır. Fakat sanayi devriminin gelişmesiyle doğal ürünlerin yanı sıra sentetik ürünlerin de üretimi artmıştır. Bununla birlikte makineleşme sonucunda günlük üretilen ürün sayısı arttığından üretim sonucu açığa çıkan atıklarda da önemli miktarda bir artış meydana gelmiştir.

İlk başlarda makineleşme, hızlı üretim ve nüfus artışının yol açtığı çevre kirliliği önemsenmemiştir. Çünkü o zamanlarda insanlar, çevrenin kirlenmediğini ve kendi kendini yenilediğini düşünmekteydi. Ancak zaman içerisinde çevre kirliliğinin zararlı etkileri ve küresel boyutta dağılımı tespit ve tecrübe edildikçe bu etkilerin önlenmesi veya en aza indirilmesi adına bir takım adımlar atılmaya başlanmıştır.

Çevre Kirliliği ilk kez 1898 yılında İsveçli Bilim Adamı Svante Ahhrenius tarafından karbondioksit salınımının küresel ısınmaya sebep olabileceği tespit edilerek hava kirliliği açısından ortaya atılmıştır [1]. Ardından 1940’lı yıllarda Belçika, İngiltere ve Amerika gibi bazı ülkelerde gözle görülür bir şekilde ortaya çıkan ve ölüme kadar varabilecek solunum yolu hastalıklarına sebep olan hava kirliliği, insanların ve araştırmacıların dikkatini çekmiştir. 1952 yılının Aralık ayında Londra’da binlerce kişi “öldüren sis” adı verilen hava kirliliğinin bir sonucu olarak hayatlarını kaybetmişlerdir.

Hava kirliliğinin yanı sıra su kirliliği de önemli bir problemdir ve sanayi devrimiyle birlikte su talebinin artması ve tatlı su kaynaklarının hızla azalması sebebiyle ilgi çekmeye başlamıştır. En basit ifadeyle, su kirliliği, suyun kaynağını güvensiz kılan bazı yabancı maddelerle bir su kaynağının kirlenmesine işaret eder. Bu madde hemen hemen her şey olabilir ve su kirliliğine neden olan faktörler çoktur. Su kaynağı bu maddenin varlığında herhangi bir şekilde değiştirilirse, o su kirli olarak değerlendirilmelidir [2]. Su kirliliğinin dolaylı sebepleri, ormanların azalması, kentleşme, sulak alanların tahribatı, nehir barajları, yağmur suları, yakıt emisyonları, inşaat sahaları olarak verilebilir.

(21)

2

Doğrudan su kirliliğine sebep olan etkenler ise madencilik, fabrikalar, tarım, sızıntılar (gemi kazaları vb.), enerji faaliyetleri, vahşi depolama, hayvansal atıklar olarak belirtilmektedir [2].

Tekstil, deri, plastik, yiyecek, kozmetik, gıda gibi birçok sektör atıksularını doğaya deşarj etmektedir. Bu atıksular, oldukça fazla renk yüküne sahip olabilir. Nehir, akarsu ve deniz gibi sucul ortamlara renk giderimi yapılmaksızın deşarj edilen bu atıksular sebebiyle ekolojik sistem oldukça fazla zarar görmektedir. Renk oluşumuna sebep olan boyarmaddelerin zararlı kimyasal içerikleri su, toprak ve havaya karışarak döngüsel bir şekilde tüm canlılara ulaşmaktadır. Buna bağlı olarak sucul ortamdaki canlılar gerek zehirli kimyasal etkenler gerek suyun yüzeyinin renk sebebiyle kapanması ve yeterince güneş ışığı alamamalarından dolayı olumsuz etkilenmekte hatta hayatlarını kaybetmektedirler. Toprakta yaşayan canlılar ve atmosfer de su, hidrojen, karbon ve azot gibi döngüler sonrasında zarar görmektedir. Bu sebeple atıksuların renk giderimi gerçekleştirildikten sonra doğaya deşarj edilmesi gerekmektedir.

Renk giderimini sağlayabilmek için çeşitli yöntemler mevcuttur. Bu yöntemler fiziksel, kimyasal ve biyolojik olarak üçe ayrılmaktadır [3]. Fiziksel yöntemler hem daha kolay uygulanabilir hem de daha ekonomiktir. Adsorpsiyon, fiziksel yöntemler sınıfına girmektedir. Adsorpsiyon uygulamalarında aktif karbonun oldukça verimli bir adsorbent olmasına rağmen maliyetinin yüksek olması başka alternatif arayışlarına sebep olmuştur. Bu sebeple adsorpsiyon işlemi için daha ucuz ve kolay elde edilebilir doğal malzemeler olan sefiolit, bentonit, kaolinit, zeolit, perlit gibi killer ön plana çıkmıştır. Killerin doğada doğal halde bulunmaları ve oldukça geniş bir alanda yer alarak kolay elde edilebilmeleri ekonomik bir avantaj oluşturmaktadır.

Sudaki renk gerçek renk ve zahiri renk olmak üzere iki türe ayrılmaktadır. Gerçek renk, filtrasyon ile ayrılamayan çözünebilir kimyasal maddelerin sonucudur (Şekil 1.1a). Zahiri renk, filtrasyon yoluyla izole edilebilen askıda ve kolloid maddelerin sonucudur (Şekil 1.1b) [4].

(22)

3

(a) (b)

Şekil 1.1. Renk içeren sular (a) Çözünmüş maddelerden kaynaklı (tanin), (b) Askıda maddelerden kaynaklı (sediment) [5]

Suya renk veren maddeler tanin maddesi gibi doğal olabileceği gibi endüstriyel faaliyetlerin sonrasında da ortaya çıkmaktadır Şekil 1.1 (a). Çok renkli suyun sucul bitkiler ve alg gelişimi üzerinde önemli etkileri vardır. Sudaki bitkilerin büyümesi için ışık çok önemlidir ve renkli su, ışığın suya nüfuzunu sınırlayabilir. Dolayısıyla, çok renkli bir su kütlesi, ekosistemin uzun vadede bozulmasına yol açabilir. Bir su kütlesinde asılı kalan çok yüksek alg büyümesi, su kütlesindeki çözünmüş oksijenin kullanımının yanı sıra, ışık geçirgenliğini neredeyse tamamen engelleyebilir ve su kütlesindeki tüm yaşamı büyük ölçüde azaltabilen ötrofik bir duruma neden olabilir Şekil 1.1 (b) [5].

Özellikle tekstil endüstrisi atıksuları yüksek oranda renk içermektedir. Tekstil endüstrisi, Türkiye’de ve dünyada hızla gelişen ve dünya ekonomisinde büyük payı olan sanayilerden bir tanesidir. Tekstil endüstrisi, su tüketimi ve atıksu üretiminde oldukça etkilidir. Bu sebeple yüksek debilerde ve konsantrasyonlarda kirlilik yükü taşıyan atıksular meydana gelmektedir. Tekstil ürünlerinin her bir üretim aşamasında çeşitli miktarlarda ve karakterizasyonlarda atıksular oluşmaktadır. Bu atıksuların büyük kısmı ağartma, boyama ve yıkama gibi işlemler sonrası açığa çıkmaktadır. Tahminler, 1 kilogram tekstil ürün başına 100 L'den fazla su tüketimini ve ortalama olarak tekstil operasyonlarındaki su girişinin % 90'ının bir boru sonu işlemine gereksinim duyduğunu göstermektedir [6]. Tekstil atıksuları yüksek miktarda boya, tuz, zehirli ve dirençli organik bileşikler ve diğer kimyasalları içermektedir. Tekstil atıksularının miktar ve karakteristikleri üretim prosesi ve endüstriyel uygulamalara bağlı olarak değişim göstermektedir [7]. Tekstil atıksularını arıtabilmek için aerobik ve anaerobik şartlar altında saf ve karışık kültürlerin kullanıldığı biyolojik metotlar [8], koagülasyon ve

(23)

4

flokülasyon gibi fiziksel metotlar, adsorpsiyon ve membran filtrasyonu, kimyasal ve elektrokimyasal ileri oksidasyon prosesleri, fenton, foto-fenton, anodik oksidasyon ve elektrofenton gibi metotlar kullanılmaktadır. Çalışmalarda ekonomik ve doğa dostu uygulama olmasına dikkat edilmektedir. Tekstil endüstrisindeki su kalitesi gereklilikleri, hammadde türüne (örneğin, pamuk, sentetik hammaddelere kıyasla daha yüksek kalitede su talep eder) ve özel tekstil üretim işlemine bağlıdır. Boyama, baskı ve son durulama banyolarında yüksek kaliteli su kullanılmalıdır; temizleme, ağartma, boyama/baskı ve terbiye işlemlerinden sonra haşıl sökme, merserizasyon ve yıkama aşamalarında orta kalitede su kullanılmalıdır ve yıkama ekipmanları, baskı işlerinde elek yıkama ve baskı macunu kaplarının ve yerlerin yıkanması için düşük kaliteli su kullanılabilir [9].

Yapılan tez çalışmasında su kirliliğine doğrudan sebep olan faktörlerden olan fabrikalar esas alınarak endüstriyel atıksulardan kaynaklanan ve fiziksel kirletici etkenlerden olan renk parametresinin sulu çözeltiden adsorpsiyon yöntemi ile giderimi amaçlanmıştır. Konu hakkında yapılan araştırmalar sonucunda Nevşehir İli Avanos İlçesi’nin doğal toprak yapısı olan ham kil ile bu kilin ultrasonik ses ile modifiye edilmiş halinin bir tekstil boyarmaddesi olan MGY 400 gideriminde uygulanması ve adsorpsiyonda ham (K0) ve modifiye kilin (K1) etkisinin değerlendirilmesi yapılmıştır. Bu sayede Nevşehir ve çevresinde boyarmadde açısından kirlilik oluşturabilecek endüstrilerin atıksularının lokal bazda bir kil ile sulu çözeltiden gideriminin sağlanması hem adsorbentin bol miktarda bulunması hem de adsorbenti temin açısından kolaylık sağlayacaktır.

1.1.1. Tekstil endüstrisinin tarihçesi

Tekstil tarihi neredeyse insan uygarlığı kadar eskidir ve zamanla tekstil tarihi ilerledikçe kendini daha da zenginleştirmiştir. MÖ 6. ve 7. yüzyılda, elyaf kullanımının en eski göstergesi İsviçre gölü sakinlerinin kazılarında keten ve yün kumaşların bulunmasıyla tespit edilmiştir. Hindistan'da pamuğun MÖ 3000, ipeğin ise MS 400 yıllarında kullanıldığı belirlenmiştir. Çin'de, ipek yetiştiriciliğinin ve iplik ipeği yöntemlerinin keşfi ve bunun sonucunda ortaya çıkışı MÖ 2640’da başlamış, Mısır’da ise MÖ 3400’de iplik keten ve dokuma sanatı gelişmiştir. Makinelerin keşfi ve doğal liflerin işlenmesinde yaygın olarak kullanılması, 18. ve 19. yüzyılların sanayi devriminin doğrudan bir sonucu olmuştur. Naylon gibi çeşitli sentetik elyafların keşfedilmesi, tekstil ürünleri için daha geniş bir pazar yaratmış ve yavaş yavaş yeni ve geliştirilmiş doğal elyaf kaynaklarının

(24)

5

bulunmasına yol açmıştır. Ulaşım ve iletişim tesislerinin geliştirilmesi, çeşitli ülkeler arasında yerel becerilerin ve tekstil sanatının işlem yolunu kolaylaştırmıştır. Tekstil endüstrisinde, 20. yüzyıl boyunca, makinelerde, sentetik elyafta, lojistikte ve iş dünyasında teknolojik yeniliklerin devam etmesiyle büyük değişiklikler meydana gelmiştir [10].

Tablo 1.1. Tekstil endüstrisi atıksuyu karakterizasyonundaki sınır değerler [11]

Kirleticiler Birim Sınır Değerler

pH - 6-9 BOİ mg/L 30 KOİ mg/L 150 AOH mg/L 1 TSS mg/L 50 Yağ ve Gres mg/L 10 Pestisitler mg/L 0,05-0,10 Kadmiyum mg/L 0,02 Krom (Toplam) mg/L 0,5 Krom (Heksavalent) mg/L 0,1 Kobalt mg/L 0,5 Bakır mg/L 0,5 Nikel mg/L 0,5 Çinko mg/L 2 Fenol mg/L 0,5 Sülfür mg/L 1 Toplam Fosfor mg/L 2 Amonyak mg/L 10 Toplam Azot mg/L 10 Renk m-1 7 (436 nm, sarı) 5 (525 nm, kırmızı) 3 (620 nm, mavi) Sıcaklık Artışı o_C _{˂ 3} Koliform Bakteri MPN/100 mL 400

Tekstil ürünleri en yaygın olarak giyim eşyası ve çanta ile halı, döşemeli mobilya, havlu, masa örtüsü, yatak gibi ev tekstiller ürünlerinde kullanılmaktadır. Çeşitli kullanım

(25)

6

alanları arasında bayraklar, sırt çantaları, çadırlar, ağlar, mendiller, temizlik bezleri, balonlar, uçurtmalar, yelkenler ve paraşütler gibi taşıma cihazları da yer almaktadır [10]. Tekstil işleme, tekstil endüstrisinde önemli bir alt sektördür. Böylelikle tekstil ürünleri gereksinimlere uygun olacak şekilde farklı renk ve yapılara dönüştürülmektedir. Tekstil işleme işlemleri esnasında su, buhar (yakıt), kimyasal ve boyalar kullanılmaktadır. Tablo 1.1’de tekstil endüstrisi atıksuyu karakterizasyonundaki sınır değerler ve Tablo 1.2’de tekstil işlemlerindeki kaynak ve elektrik tüketimi verilmiştir.

Tablo 1.2. Kaynak ve Elektrik Tüketimi [11]

Proses Elektrik Enerjisi

(kWh/kg) Termal Enerji (mJ/kg) Su Tüketimi (L/kg) Yün Temizleme 0,3 3,5 2-6 İplik İşleme - - 70-120

İplik Boyama 0,5-1,1 13-15 15-30 (boyama) 30-50 (durulama) Lifli Boyama 0,1-0,4 4-14 4-15 (boyama)

4-20 (durulama)

Örme Kumaş İşleme 1-5 10-60 70-120

Yün Kumaş İşleme 0,5-1,5 30-70 50-100 Boyalı Yün Kumaş

İşleme

- - ˂ 200

1.1.2. Tekstil boyama ve sınıflandırılmasının tarihçesi

Boyama terimi, elyaflı tekstil malzemelerine, elyaflara nüfuz eden ve orada belirli bir kuvvetle tutulan düzgün bir şekilde bir renk vermeyi belirtir. Boyalar, sulu çözeltilerden tatbik edilmektedir ve beyazlatma, güneş ışığı, terleme ve genel kimyasal maddelere karşı kararlıdır [12].

Boyanın kimyasal yapısına bağlı olarak farklı derecelerde reaktiflerdir. Tekstil baskısı, rengin koyulaştırıcıların yardımıyla belirli tanımlanmış kumaş kısımlarıyla sınırlandırıldığı ve daha sonra genellikle bir ısıl işlemle elyaflara nüfuz etmek için yapıldığı özel bir boyama şeklidir. Boyama için kullanılan ekipman, baskı için gerekli olandan tamamen farklıdır ancak elyaf boya etkileşimleri, aynı sınıftaki boyarmadde

(26)

7

sınıfları için aynıdır. İnsan giysilerinin deriden ve kabartmadan dokuma kumaşa transferinin tarihi belli değildir ancak elbiselerin boyama ve baskı işlemleriyle süslenmesi için yapılmıştır [13].

Yunan mitolojisine göre, boyamanın tekstil endüstrisi kadar eski olduğu araştırmacılar arasında genel bir fikir birliği vardır. Dolayısıyla eskiden bile olsa, kumaş oluşumunun el sanatlarının mahremiyetini ve renklendirmeyle güzelleştirildiğini göstermektedir. Bu çok eski zanaatın varlığının en eski kanıtları Pakistan'daki Mohenjadaro bölgesinden kazılan kil tabletlerde ve Mısır Firavunlarının mezarlarında iyi korunmuş, parlak renkli resimlerde bulunmuştur. Bu, boyama ve baskı sanatının 5-6 bin yıl önce bile, dünyanın bu bölgesinde yüksek bir gelişme durumunda olduğunu ortaya koymaktadır. Mısır'da bulunan renkli kumaşlar, Mısır'a özgü olmayan indigo bitkisi ile boyanmış ve daha sonra bu bitkinin sadece Hint-Pak alt kıtasında yetiştirildiği belirlenmiştir. Bu gerçek, yalnızca uzak ülkeler arasındaki ticaret yollarının değil, aynı zamanda renklendirme konularının önemini de göstermektedir. Eski tarihçiler, özellikle de Pliny (MS 23-79), Hıristiyanlık döneminden önce bile Pers ve Roma imparatorluklarının soyluları tarafından giyilen mor boyalı kumaşlardan bahsetmektedir. Bunlar, Akdeniz kasabası olan Tire kasabasında yumuşakça özleri ile boyanmaktadır ve bu renk Tyrian moru olarak bilinmektedir. Pliny ayrıca Mısırlıların farklı taşlar (mordan) kullanarak bir boyayla nasıl alacalı renkler ürettiklerini anlatmaktadır. Plutarch (MS 46-120), Roma İmparatorluğu ile ilgili yazılarında renklendirme sanatının himayesi ve bu sanat üzerine bir okulun varlığından bahsetmiştir [14].

Modern bilimsel araştırma çağının başlangıcından önce, renklendirme maddelerinin çoğu bitkisel, hayvansal veya mineral kaynaklı doğal kaynaklıydı. Bunlardan en önemlileri İndigo, Woad, Madder (Türkiye kırmızısı), Logwood, Fars meyveleri, Ceviz kabuğu vb. bitkisel kökenlidir. Hayvan krallığı, Tyria moruna yumuşakçalar ve Kermes ve Cochineal böceklerinden kırmızı boyalar sağlamıştır. Daha sonra derin ve hızlı gölgeler elde etmek için mineralleri kullanmak amacıyla teknikler geliştirilmiştir. Kurşun tuzları sarılar ve portakal renkleri vermiş, demir ve krom tuzları da kahverengi ve haki tonları vermiştir. Eski ustalar, bitkisel ve hayvansal kaynaklardan elde edilen renklendirme maddelerinin yün ve ipek gibi hayvansal lifleri doğrudan boyayabildiklerini deneme ve yanılma yöntemleriyle öğrenmişlerdir [14].

(27)

8

Bununla birlikte, pamuklu mallar yalnızca önceden alüminyum, kalay veya demir metal tuzlarının oksitlerinin uygulanmasıyla boyanabilir ve basılabilir olmuştur. Bu metal tuzları ticari işlemlerde morina olarak adlandırılmıştır. Morina, renklendirme maddelerinin pamukla bağlanmasında ara madde olarak kullanılmaktadır. Bu tür çalışmalar sonucunda İngiliz hükümeti 1845'te bir kimya okulu kurmuş ve seçkin bir Alman kimyager olan “Profesör Hoffmann” ı kurmay başkanlığına getirmiştir. Hoffmann’ın öğrencilerinden biri olan Perkin’in, 1856’da Mauveine’nin oksidasyon yoluyla aromatik bir aminden yanlışlıkla sentezlenmeye çalıştığı “Mauveine’nin ilk sentezlenen boyası” ilk boya olma özelliğini ortaya koymuştur. Bu keşfi Magenta, Aniline Blue ve Imperial Violet vb. gibi aynı kimyasal grubun diğer boyalarının üretimi izlemiştir. Hoffmann'ın öğrencilerinden olan Griess ise 1859'da Azodyes imalatına kapı açan “diazotizasyon reaksiyonunu” keşfetmiştir (Şekil 1.2). Bu reaksiyon sentetik boyaların en büyük grubunu oluşturmaktadır [14].

Şekil 1.2. Diazotizasyon reaksiyonu

1865 yılında bir Alman kimyacı olan Kekule, benzen molekülünün halka yapısını öne sürerek sentetik organik kimyanın ilerlemesine temel bir katkı yapmıştır. Bu gelişmeden kısa süre sonra, madder ve Indigo boyasının renklendirici maddesi Alizarin İngiltere ve Almanya'da sentezlenmiş ve kısa bir süre sonra endüstriyel ölçekte üretimleri takip edilmiştir. Bu tür sentezler, bu iki önemli boyanın ve diğer doğal renklendirme maddelerinin tarımsal üretiminin ortadan kaldırılmasına neden olmuştur. 1884 yılına kadar, mordanlamayı içeren uzun ve karmaşık işlemlerle pamuk boyanabilmiştir. Bottiger ilk doğrudan boya olan “Congo Red” i (Şekil 1.3), morinaya ihtiyaç duymadan doğrudan bir tuzlu su çözeltisinde boyayarak çalışmanın patentini almıştır [14].

(28)

9

Şekil 1.3. Kongo Kırmızısı

Diazotizasyon ve birleştirme reaksiyonu, azo boyaları yapmak için sınırsız bir fırsat vermiştir ve şimdiye kadar bu boya sınıfında 3 milyondan fazla potansiyel boya yapılmıştır. Metal kompleksi azo boyalar, nispeten daha iyi ışığa dayanıklılık özelliklerine sahip olan ıslak-c boyamıştır. Giderek daha fazla boya pazarlanıp yapıları açıklandığı için, renk ile kimyasal yapısı arasındaki bağlantının başlangıcı belirginleşmeye başlamıştır. Witt, 1876 yılında bütün renklendirme maddelerinin "Chromophores" olarak adlandırdığı doymamış grupları içerdiğini ileri sürmüştür. Rengin, boya molekülünde “Auxochromes” olarak adlandırdığı belirli grupların varlığı ile de değiştirildiğini öne sürmüştür. Gelişmelerin kronolojik sıralamasına geri dönersek, Fransa'daki Croissant ve Bretonniere, 1873 yılında bir sonraki önemli boya sınıfı olan Sülfür boyalarını pazarlamıştır. Bu boyayı kükürt ile organik atıkları artırarak üretmişlerdir ve bu rota kısa sürede bilinen yapıların boya-ara maddeleri ile kükürt reaksiyonuna dayanan birçok başka boyaların üretimine yol açmıştır. Sentetik boyaların bir sonraki en önemli grubu olan Vat boyaları çeşitli kinonlardan elde edilmektedir. Vat boyaları, pamuk ve arkdaki suda çözünür pigmentler için en hızlı boya sınıfıdır. Kükürt boyaları gibi kazan boyaları önce bu suda çözünür hale getirmek için indirgenir ve sorpsiyondan sonra elyafların içindeki pigmentleri yeniden biçimlendirmek için oksitlenirler. İlginç bir şekilde, bilinen en eski doğal boyalar Indigo ve Tyrian morları da bu sınıfa aittir ve eskilerin uygulamalarının karmaşık tekniklerini nasıl kullandıklarını ve indirgenmiş boyanın azaltılmasını ve oksidasyonunu nasıl etkilediği merak edilmektedir [14].

1954'te Rattee ve Stevens, boya endüstrisi tarihinde ilk kez kovalentli selüloza boya veren I.C.I.’de Reactive boyaları (Procions) geliştirdiler. Bu öncü düşünce hattından sonra, hemen hemen tüm büyük boya üreticileri kendi reaktif gruplarını geliştirmiştir ve çok

(29)

10

kısa bir süre içinde, reaktif boyaların birçok yeni yelpazesi pazarlanmıştır. 1921'de ağırlıklı olarak hidrofobik bir elyaf olan selüloz asetat piyasaya sürülmüş, ancak hazır giyim ticaretinde kullanımı, mevcut tüm boyalarla boyanmaya çalışırken renklendirilmesi için uygun boyalar geliştirilinceye kadar ertelenmiştir ayrıca bu boya ile hidrofobik elyafın boyandığı keşfedilmiştir. Yayılan boyalar daha sonra suda dağılabilir pigmentlere dönüşmek üzere modifiye edilmiş ve dispers boyaları olarak pazarlanmıştır. Bu boya sınıfı ayrıca Naylon, Polyester, akrilikler ve diğer birçok sentetik elyaf gibi diğer hidrofobik elyafların boyaması için de kullanılmaktadır [14].

Avrupa'daki sanayi devriminin ortaya çıkışıyla, boyama sanatı çok kârlı bir endüstriye dönüştürülmüş ve bir zamanlar soylulara ayrılan boyanmış ve basılmış kumaşlar, daha az ve daha ucuz hale gelmeye devam etmiştir. Bu durum, renkli kumaşların üretim ve pazarlanma yöntemlerini büyük ölçüde değiştirmiştir [14].

1.2. Boya ve Boyarmaddeler

Cisimlerin yüzeylerini dış etkilerden korumak ve güzel bir görünüm kazanmalarını sağlamak amacı ile kullanılan değişik renklerdeki maddelere “boya” adı verilir. Boyalar bir bağlayıcı ile karıştırılmış çözünmeyen maddelerdir. Süspansiyon haline getirilerek yüzeye fırça veya püskürtme tabancası ile uygulanırlar. Hava ve sıcaklık etkisi ile kuruyan film altında kalan renk verici maddeler, cismin renkli görünmesini sağlarlar. Renk verici maddeler anorganik yapılı, sülyen, ultramin, karbon siyahı ve çeşitli metal oksitleri olabileceği gibi ftalosiyanin gibi organik moleküllerde olabilir. Boyalar çoğunlukla anorganik bileşiklerdir. Uygulandıkları cisim ile kimyasal etkileşime girmezler, sadece yüzeylerinde film oluşturarak güzel görünüm ve koruma sağlarlar. Uzaklaştırıldıklarında cismin yapısında değişiklik olmaz. Anorganik pigmentler, özellikle ışık ve ısı karşısında son derece kararlı iken organik pigmentler ise ışık ve ısı etkisi ile zamanla bozunduklarından anorganik boyaların kullanımı daha yaygındır [15]. Boyarmadde ise, cisimlerin (kumaş, deri vs.) kendilerini renkli hale getirmede kullanılan maddelere verilen isimdir. Her renk veren veya renkli olan madde boyarmadde değildir. Boyarmaddeler organik bileşikler olup, boyanacak materyalle kimyasal veya fizikokimyasal etkileşime girerek cisimleri renkli hale getirirler. Genelde, çözelti ya da süspansiyon halinde uygulanırlar. Uygulandıkları cismin yapısını değiştirirler, boyalarda

(30)

11

olduğu gibi silme, kazıma gibi metotlarla cisimler başlangıç hallerine geri dönmezler. Boyarmadde, kumaşla iyonik, kovalent yada moleküller arası etkileşimlerle tutunur. Başta tekstil olmak üzere kağıt, deri, gıda ve kozmetik endüstrilerinde kullanılan boyarmaddelerin doğal ve yapay birçok örneği bilinmektedir [16].

1.2.1. Boyarmaddelerin Kimyasal Yapılarına Göre Sınıflandırılması

a. Azo boyarmaddeler: Azo boyalar kimyasal yapılarında en az bir Ar-N=N-Ar grubu

içeren organik boyarmaddelerdir. Buradaki azot atomları hibritleşmesi yapmış karbon atomlarına bağlıdır. Bağlı olan bu karbon atomları aromatik yapıdadır. Bunlar, benzen veya naftalin türevleridir, ya da bunların dışında tiyazol veya piralazon yapıdadır. Ancak aromatik yapıya alifatik hidrokarbonlar da bağlanabilir.

b. Nitro ve nitroso boyarmaddeleri: Bu sınıf boyarmaddeler kimyasal yapılarında nitro

veya nitroso grubu ile birlikte elektrodonör grup ihtiva eder.

c. Polimetin boyarmaddeleri: Polimetin boyarmaddeleri renkli bileşikler içinde büyük bir

grup oluşturur. En önemli kullanım alanları, elektrofotografik film kopya işlemlerinde ışık sensitizörü (duyarlayıcısı) olarak kullanılmalarıdır.

d. Arilmetin boyarmaddeleri: Genel formülleri Ar-X=Ar şeklindedir. X, -CH= veya –N=

şeklinde olabilir.

e. Aza annulen boyarmaddeleri: Bu boyarmadde sınıfı, 18 π elektronlu ve konjuge

durumda çift bağları ihtiva eden siklik bir renk verici yapıya sahiptir. Annulen tipi boyarmaddelerin en önemlileri olarak, kanın ve yeşil yaprakların boyarmaddeleri ile ftalosiyanin boyarmaddeleri sayılabilir.

f. Karbonil boyarmaddeleri: Molekül yapısında konjuge çift bağlar ve bunlara konjuge

durumda en az iki karbonil grubu içeren bileşiklere karbonil boyarmaddeleri adı verilir.

g. Kükürt boyarmaddeleri: Aromatik aminlerin, fenollerin, kükürt ve sodyum sülfür veya

sodyum polisülfür ile reaksiyonundan meydana gelen, suda çözünmeyen, makromoleküler yapılı, renkli organik bileşikler kükürt boyarmaddeleri olarak adlandırılır [17].

(31)

12

1.2.2. Reaktif boyalar

Reaktif boyalar, yün veya amino gruplarında poliamidlerde selüloz, amino, tiyol ve hidroksil grupları gibi liflerde aktif bölgeler ile kovalent bağlar oluşturabilen fonksiyonel gruplar içeren renkli bileşiklerdir. İşlevsel grup ve substrat arasındaki bu bağ oluşumu, yüksek nemlilik özellikleri ile sonuçlanmaktadır. Bu boyalar temel olarak yüksek nemliliği fiziksel adsorpsiyon veya mekanik tutmaya borçlu diğer boya türlerinden farklıdır. Reaktif boyaların ana ticari uygulamaları, selüloz, yün ve naylonun tek tek veya elyaf karışımlarının bileşenleri halinde boyanmasında kullanılmaktadır. Ayrıca ipek, saç ve deri boyamada da kullanılmaktadır [18].

Birçok sentetik ve doğal kumaş yüzeyi ile güçlü etkileşimleri nedeniyle, yün, pamuk, naylon, ipek ve modifiye akriliklerin boyanması için reaktif boyalar kullanılmaktadır. Boyalar hidrosferin içine deşarj edilmesi çevresel hasara neden olabilir boyalar suya istenmeyen bir renk vermekte ve güneş ışığını azaltarak penetrasyona sebep olmaktadır, bazı boyalar ise toksik/kanserojendir [19].

Reaktif boyarmaddelerin sınıflandırılması

Reaktif boyarmaddeler moleküler yapılarına göre üç ana grupta incelenir:

• Reaktivitesi yüksek derecede olan, soğukta (30 o_{C) boyayabilen boyarmaddeler,} • Reaktivitesi orta derecede olan ve ılık ortamda (60 o_{C) boyayabilen boyarmaddeler,} • Reaktivitesi düşük derecede olan, sıcakta (80-90 o_{C) boyayabilen boyarmaddeler.} Yüksek reaktiviteli boyarmaddelerin kullanımı; hızlı ve yüksek verimle boyayabilme, düşük miktarda kimyasal gereksinimi, tasarruf ve boyamada başarılı tekrarlanabilirlik sağlama gibi avantajlara sahiptir. Reaktivitesi düşük olan boyarmaddeler ise lifler ile oldukça sağlam bir bağ oluşturur ve boyarmaddenin hidroliz hızı da oldukça düşüktür [17].

1.2.3. Boyarmaddelerin çevresel zararları

Boyarmaddelerin çoğu, geleneksel atıksu arıtma işlemlerinden kaçar ve ışık, sıcaklık, su, deterjanlar, kimyasallar, sabun, ağartıcı ve terleme gibi diğer parametrelere karşı yüksek

(32)

13

kararlılıkları nedeniyle çevrede kalır. Bu ajanların sentetik orijinli ve karmaşık aromatik yapısı onları biyolojik bozulmalara karşı daha çekici kılar. Bununla birlikte, çevre mevzuatı, endüstrileri, su kütlelerine atmadan önce boya içeren atıksulardan renk atmalarını zorunlu kılmaktadır.

Tekstil endüstrisi, ağırlıklı olarak tesislerin boyama ve terbiye işlemlerinde kullanılan üretim işlemlerinde önemli miktarda su tüketmektedir. Tekstil fabrikalarındaki atıksular, atıksu bileşiminin yanı sıra üretilen hacim dikkate alındığında, tüm sanayi sektörleri içinde en fazla kirletici olarak sınıflandırılmaktadır. Ek olarak, tekstil ürünlerine olan talebin artması ve üretimindeki orantılı artış ve sentetik boyaların kullanılması, boya atıksuyunun birlikte mevcut zamanlarda ciddi kirlilik sorunlarının temel kaynaklarından biri haline gelmesine katkıda bulunmaktadır. Tekstil atıkları, kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ), biyokimyasal oksijen ihtiyacı (BOİ), pH, renk ve tuzluluk gibi birçok parametrede aşırı dalgalanmalar ile karakterize edilir. Atıksuyun bileşimi, kuru ve ıslak işleme adımlarında kullanılan farklı organik bazlı bileşiklere, kimyasallara ve boyalara bağlı olmaktadır. Yeniden kirletici organik, renkli, toksik, sürfaktan ve klorlu bileşikler ve tuzlar tekstil atıklarındaki başlıca kirleticilerdir. Ek olarak, tekstil atıksularındaki diğer kirletici maddelerin neden olduğu etkiler ve çok az miktarda boya bulunması kanserojen ve mutajenik olaylar ile toksik etkiler gösterebilir. Azo boyalarının toksik etkileri, ajanın kendisinin veya azo bağının indirgeyici biyotransformasyonu sırasında üretilen aril amin türevlerinin doğrudan etkisinden kaynaklanabilir. Sindirim yoluyla vücut, bağırsak mikroorganizmalarının azotlu tuzları ile aromatik aminlere metabolize edilebilir, eğer boyalar nitro ise, aynı mikroorganizmalar tarafından üretilen nitroredütazlar tarafından metabolize edilebilir ve DNA hasarına neden olabilir [20].

1.2.4. Boyama işleminin aşamaları

Boyama işlemi üç aşamayı içerir. Bu aşamalar, hazırlama, boyama ve bitirmedir.

Hazırlık; istenmeyen kirliliklerin, boyamadan önce kumaşlardan çıkarıldığı aşamadır. Bu, sulu alkali maddeler ve deterjanlarla temizleyerek veya enzimler uygulayarak gerçekleştirilebilir. Birçok kumaş, doğal renklerini almak için hidrojen peroksit veya klor içeren bileşiklerle ağartılır ve eğer kumaş beyaz satılırsa ve boyanmazsa optik parlatıcı ajanlar eklenir.

(33)

14

Boyama; rengin tekstil yüzeylerine, esasen sentetik organik boyalar kullanarak ve çoğu zaman bazı adımlarda yüksek sıcaklık ve basınçlarda sulu uygulamasıdır. Bu aşama sırasında, yüzey aktif maddeler, asitler, alkaliler/bazlar, elektrolitler, taşıyıcılar, tesviye maddeleri, destekleyici maddeler, şelatlayıcı maddeler, emülsifiye edici yağlar, yumuşatıcı maddeler vb. gibi boyalar ve kimyasal yardımcı maddeler tekstile uygulanmaktadır.

Son işlem; kumaşın kalitesini arttırmayı amaçlayan kimyasal bileşiklerle yapılan işlemlerden oluşur. Kalıcı pres işlemleri, su geçirmezlik, yumuşatma, antistatik koruma, toprak direnci, leke salma ve mikrobiyal/fungal koruma işlemleri terbiye işleminde uygulanan tüm kumaş işlemlerine örnektir.

1.3. Tekstil Atıksularını Arıtma Yöntemleri

Tekstil atıksularını arıtma yöntemleri, fiziksel, kimyasal ve biyolojik olarak üçe ayrılmaktadır (Tablo 1.3). Kimyasal ve biyolojik yöntemler boyaların giderilmesinde etkili olmasına rağmen, özel ekipman gerektirmektedir. Ek olarak, büyük miktarlarda yan ürün üretilmektedir [19].

Tablo 1.3. Atıksu arıtma yöntemleri [19]

Fiziksel Arıtma Yöntemleri Kimyasal Arıtma Yöntemleri Biyolojik Arıtma Yöntemleri

Adsorpsiyon Sedimentasyon Flotasyon Koagülasyon Membran Filtrasyon Radyasyon H2O2 Oksidasyon Fenton Oksidasyon Ozon Klorinasyon Fotokimyasal Oksidasyon Elektrokoagülasyon Bakteriyal aerobik Bakteriyal Anaerobik Alg Mantar Maya

1.3.1. Fiziksel arıtma yöntemleri

Genel olarak, adsorpsiyon, iyon değişimi ve membran filtrasyonunu içeren fiziksel yöntemler, istenmeyen yan ürünler üretmeden reaktif boyaların çıkarılmasında etkilidir [19].

Adsorpsiyon

Adsorpsiyon işlemi, arıtılması güç olan ve zehirlilik, renk, koku kirliliği oluşturan kimyasal maddelerin adsorplayıcı bir bir katı madde (adsorban) yüzeyinde fiziksel bağlar ile tutunmasıdır. Bazı durumlarda biyolojik ve/veya kimyasal arıtmadan çıkan su bir aktif

(34)

15

karbon ortamından geçirilerek suda kalan kirletici maddeler giderilebilir. Yerine göre adsorpsiyon bir ara kademe işlemi de olabilmektedir.

Adsorpsiyon birçok fizikokimyasal faktörden etkilenmektedir. Bunlar; boya sorbent etkileşimi, adsorban yüzey alanı ve partikül büyüklüğü, sıcaklık, pH ve temas süresidir. Adsorpsiyon malzemeleri olarak aktif karbon, turba, odun yongaları, kömür ve kül, silika jel, mikrobiyal biyokütle ve diğer ucuz malzeme (örneğin, doğal kil, mısır koçanı, pirinç kabuğu) kullanılmaktadır [21, 22].

Sedimentasyon

Bir katı-sıvı ayırma yöntemidir. Sedimentasyon kimyasal veya biyolojik yöntemlerin birleşmesinden oluşan boya içeren partiküller veya boya parçalanma ürünlerinin pıhtılaşma/çökelme veya bazı diğer kimyasal yöntemler ile veya değişik materyaller üzerine adsorpsiyon ile uzaklaştırılmasında kullanılmaktadır. Yüksek çamur üretimi sedimentasyon işleminin olumsuz yanıdır [23].

Membran Filtrasyonu

Membran filtrasyon uygulamaları, mikrofiltrasyon (MF), ultrafiltrasyon (UF), nanofiltrasyon (NF) ve ters ozmos (RO) ile gerçekleştirilmektedir. Bu prosesler, bulanıklık ve bakteri giderimi (MF), virüs ve makromolekül giderimi (UF) ve küçük molekül ve sertlik (NF) gideriminde kullanılmaktadır. Yüzeysel sularda kolloid, multivalent iyonlar ve organikler bulunması durumunda membran kirliliği meydana gelmektedir [24]. Ayrıca bu yöntemle boyanın sürekli olarak arıtılması, konsantre edilmesi ve en önemlisi atıksudan ayrılması mümkün olmaktadır. Diğer yöntemlere göre en önemli üstünlüğü sistemin sıcaklığa, beklenmedik bir kimyasal çevreye ve mikrobiyal aktiviteye karşı dirençli olmasıdır [25].

İyon Değişimi

İyon değişimi, ortam içerisinde substrat ile iyon arasındaki iyon değişimi olarak tanımlanabilir. En faydalı iyon değişim reaksiyonu geri dönüşümlü olanıdır. Çünkü geri dönüşümlü reaksiyonda reaksiyon tersine çevrilebilir, iyon değiştirici birçok kez tekrar kullanılabilir. Genellikle iyon değiştirici olarak kullanılan reçineler küresel olarak

(35)

16

üretilmiş, gerilme ve gerilme serbest formunda fiziksel bozulmaya karşı dayanıklıdır. Yüksek sıcaklıklarda stabildirler ve geniş bir pH aralığında uygulanabilirler [26].

Boyarmadde giderimi için kullanılan iyon değişimi yönteminde, sulu çözelti, reçineler doygunluğa ulaşana kadar geçiş sağlamaktadır. Bu geçişle birlikte hem katyonik hem anyonik boyaların giderimi sağlanmaktadır. Adsorban kaybının yaşanmaması ve reçinelerin geri dönüştürülebilir olması yöntemin avantajlarındandır. Ancak yüksek maliyetli organik çözücülerin kullanılması ve dispers boyaların bu yöntemle gideriminin mümkün olmaması karşımıza dezavantaj olarak çıkmaktadır [25].

1.3.2. Kimyasal Yöntemler

Tekstil endüstrisi atıksularının arıtımında en yaygın olarak kullanılan kimyasal yöntemler oksidasyon yöntemleri, kimyasal çöktürme ve flokülasyon yöntemidir.

Oksidasyon

Oksidasyon,kimyasal yöntemler içinde en yaygın olarak kullanılan renk giderme yöntemidir. Kimyasal oksidasyon sonucu boya molekülündeki aromatik halka kırılarak atıksudaki boyar madde giderilmektedir.

H2O2-Fe(II) Tuzları (Fenton Prosesi)

Fenton Prosesi (Fe(II) tuzlarıyla aktive edilmiş hidrojen peroksit) biyolojik arıtmayı inhibe edici ya da toksik atıksuların oksidasyonu için çok uygundur. Fenton ayıracı ile yapılan arıtım ön oksidasyon ve koagülasyon olmak üzere iki adımda gerçekleşmektedir. Atıksuların fenton ayıracı ile arıtılmasında renk yok edildiği gibi adsorbe olabilir organohalidler de giderilebilmektedir. Ayrıca, metal-kompleks türündeki boyalardan kaynaklanan ağır metaller, demir oksitlerle birlikte nötralizasyon basamağında çöktürülebilmektedir. Fenton ayıracı ile arıtma bu açıdan H2O2 kullanılan yöntemlere göre daha avantajlı konumdadır [27].

Koagülasyon ve Flokulasyon

Su ve kullanılmış su tasfiyesinde suyun taşıdığı çözünmüş ve askıda bulunan ve istenmeyen çok küçük maddelerin giderilmesi için suya kimyasal maddeler ilave edilir. Bu maddelere kimyasal pıhtılaştırıcı veya koagülant adı verilir. Kolloidlerin

(36)

17

çökelmelerini sağlamak için suya yumaklaştırıcı olarak polielektrolit polimer ilave edilir. Koagülantların suya ilave edilmesi ve etkili hale getirilmesi için kimyasal ve mekanik işlemler uygulanır. Bu işlemler pıhtılaştırma ve yumaklaştırma olarak iki kısımdan meydana gelmektedir [28].

Ozon

Atıksuların ozonlanması ile dikkate değer boyutlarda boya giderimi sağlanabilmektedir. Ozonlama sonucu elde edilen boya giderimi boyanın cinsine göre farklılık göstermektedir.

Ozonla oksidasyon, klorlu hidrokarbonların, fenollerin, pestisitlerin ve aromatik hidrokarbonların parçalanmasında da oldukça etkilidir. Boya içeren atıksulara uygulanan dozaj, toplam renge bağlıdır ve giderilecek KOİ bir kalıntı ya da çamur oluşumuna veya toksik ara ürünlerin oluşumuna neden olmaz [25].

Fotokimyasal Yöntem

Bu yöntemde boya molekülleri hidrojen peroksit varlığında UV radyasyonu ile CO2 ve H2O’ya dönüştürülür. Parçalanma yüksek konsantrasyonlardaki hidroksil radikallerinin oluşmasıyla meydana gelir. Bu işlemde UV ışığı hidrojen peroksiti aktive ederek iki hidroksil radikaline parçalanmasını sağlar. Böylece organik maddenin kimyasal oksidasyonu gerçekleşir. Fotokimyasal yöntemlerde UV radyasyonu genellikle civa ark lambalarıyla sağlanmaktadır. Boya içeren atıksuların fotokimyasal yöntemlerle giderilmesinin en önemli avantajı işlem sonucu atık çamur oluşmaması ve kötü kokulara neden olan organiklerin önemli derecede azaltılmasıdır [25].

Elektrokimyasal Yöntem

Boya gideriminde etkili bir şekilde kullanılabilirliği açısından yöntem bazı önemli avantajlara sahiptir. Kimyasal madde tüketimi çok azdır veya yoktur ve çamur oluşumu söz konusu değildir. Oldukça etkili ve ekonomik bir boya giderimi sağlar, renk gideriminde ve dirençli kirleticilerin parçalanmasında yüksek verim gösterir. Yöntemin en büyük dezavantajı tehlikeli bileşiklerin oluşma olasılığıdır [29].

(37)

18

1.3.3. Biyolojik Arıtma Yöntemleri

Biyolojik yöntem, kirli suların doğal olarak kendi kendine arıtılmasına eşdeğer bir işlemdir. Biyolojik işlemde, mikroflora ve mikrofouna, bakteri, mantar ve protozoa gibi mikroorganizmalar tarafından sistemde bulunan çözünmüş oksijen ve organik madde kullanılarak biyolojik yumaklaşma ve mineralizasyon olayı meydana getirilir. Bakteriler besi maddesi olarak organik madde kullanırlar. Örneğin, Zoogloca ramigera türü bakteri etrafını jelatinimsi kalın bir tabaka ile çevreler. Bu jelatinimsi tabaka çözünmüş organik maddeyi, kolloid katı maddeleri ve süspansiyon haldeki ince katı, maddeleri kuvvetli bir şekilde adsorbe ederek biyolojik yumak haline getirir [30].

1.4. Adsorpsiyon

Adsorpsiyon, solüsyonda çözünen maddelerin uygun bir arayüzde toplanmasıdır. İnorganik ve organik maddeler olarak, silika bazlı gözenekli inorganik/organik hibrit maddeler adsorbent olarak kullanılabilir [31]. Adsorpsiyon işlemleri, boyarmaddelerin atıksudan çıkarılmasında etkili ve çekicidir. Bu maddelerin en yaygın kullanılanları aktif karbondur. Aktif karbon, tükendiğinde termal ve kimyasal prosedürlerle yenilemenin ve sorbent kaybına yol açmasının pahalı olduğu kadar pahalıdır [32]. Bununla birlikte, düşük maliyetli adsorbent kullanılması, tedaviyi daha ekonomik hale getirir. Bunun için adsorbent olarak, genellikle doğada bulunan kil materyali kullanılır. Yüksek adsorpsiyon verimi elde etmek için, kilin iyon değişim kapasitesi yüksek olmalıdır.

Atıksudan uzaklaştırılacak maddelere adsorbat denir. Kil malzemeleri düşük maliyetleri, bol bulunurluğu, kolay erişilebilirliği, çevre dostu olması ve yüzey reaktivitesi nedeniyle büyük ilgi çekmektedir. Killerin yapısal değişkenliği, kimyasal stabilite ve yüksek spesifik yüzeyler kil minerallerinde önemliydi. Killer, atıksu arıtımında katalizör olarak kullanılan doğal ve uygun maliyetli adsorbanlardır [33]. Ek olarak, killer yüksek bir spesifik yüzeye sahiptir ve organik kirleticilerin adsorpsiyonu ve uzaklaştırılması için uygundur. Nanokompozit polimerlerin üretiminde, ağır metal iyon adsorbanları olarak, seramik, kağıt dolguları ve kaplamaların üretiminde, sensörler ve biyosensörler kimyasal ve mekanik stabilite ve yüzey çeşitliliği gibi yapısal özelliklerinden dolayı sıklıkla kullanılmaktadır [34].

(38)

19

Adsorpsiyonun oluşması için önemli olan iki faktörden biri film difüzyonu, diğeri ise por difüzyonudur. Film difüzyonunda giderilecek madde adsorbentin etrafını saran sıvı film içinden geçmektedir. Por difüzyonunda ise adsorbent maddenin iç tabakasında gözeneklere geçiş söz konusu olmaktadır. Ardından uzaklaştırılmak istenen maddenin adsorbente bağlanma işlemi gerçekleşmiş olmaktadır.

Gözenekli malzemeler, adsorpsiyon ayrıştırma veya saflaştırmada önemli bir role sahip olan iyi adsorbentler olarak kabul edilmektedir. Bu nedenle, son yıllarda, gelişmiş gözenekli malzemelere çok dikkat edilmekte ve çalışmalar bu yönde yapılmaktadır [35]. Adsorpsiyon; fiziksel, kimyasal ve iyonik olarak üçe ayrılır:

Fiziksel adsorpsiyonda, Van Der Waals kuvvetleri etkilidir ve adsorpsiyon için düşük sıcaklıklar yeterlidir. Burada, adsorpsiyon geri dönüşümlüdür.

Kimyasal adsorpsiyon geri döndürülemez. Genellikle yüksek sıcaklıklarda oluşur. İyonik adsorpsiyonda, yüzey yüklü alanlarda elektrostatik kuvvetlerle adsorbanların çekilmesi ilkesine dayanır.

Üç tip için bir ayrım olmamasına rağmen, bir adsorpsiyon sürecinde birlikte ve sırayla oluşabilir.

Adsorpsiyonu etkileyen faktörler film difüzyonu, gözenek difüzyonu, karışım hızı, pH, sıcaklık, adsorban türü ve miktarı ve çözücünün özellikleridir. Bazı çalışmalarda, toprağın organik madde içeriği ile adsorpsiyon arasında bir ilişki olduğu, bazılarında da adsorpsiyon ile toprağın kil içeriği arasında bir ilişki olduğu belirtilmiştir. Bununla birlikte, diğer çalışmalarda, topraktaki bileşenlerin davranışının, farklı kil minerallerinin adsorpsiyon kapasitesi ve toprağın mineralojik yapısının çeşitliliği ile ilgili olduğu belirtilmiştir [36]. Ayrıca, katyonik boya molekülleri, kil yüzeyleri için çok yüksek bir afiniteye sahiptir ve kil süspansiyonuna eklendiğinde kolayca adsorbe edilir [32].

Adsorpsiyon sonrasında giderilen boya yüzdesi Denklem 1.1’de verilmektedir. 𝑅% = (𝐶0−𝐶𝑡

𝐶0 ) × 100 (1.1)

Denge halinde adsorbent yüzeyindeki boya konsantrasyonu ise Denklem 1.2’de verilmektedir.

(39)

20 𝑞_𝑒 =(𝐶𝑒−𝐶𝑒) 𝑉

𝑚 (1.2) Burada qe, mg/g cinsinden adsorpsiyon kapasitesi; C0 ve Ce, mg/L cinsinden başlangıç ve denge konsantrasyonları; V, boyarmadde çözeltisinin mL içindeki hacmi ve m ise mg cinsinden kullanılan adsorbent kütlesidir [37].

1.4.1. Adsorpsiyon Türleri Fiziksel Adsorpsiyon

Van der Waals kuvvetlerinin bir sonucu olarak görülen adsorpsiyon fiziksel adsorpsiyon olarak adlandırılır. Fiziksel adsorpsiyona neden olan kuvvetler bir gazın sıvılaşmasına neden olan kuvvetlerle aynı tiptedir. Fiziksel adsorpsiyon genellikle düşük sıcaklıkta gözlenir ve bağıl olarak düşük enerjili bir adsorpsiyonla karakterize edilir. Fiziksel adsorpsiyon sırasında verilen ısı, gaz yoğunlaşması işleminde verilen ısının miktarı kadardır. Fiziksel adsorpsiyonu, gaz-katı sisteminde gaz basıncını, benzer şekilde sıvı-katı sisteminde de çözünenin derişimini değiştirerek etkilemek mümkündür [38].

Kimyasal Adsorpsiyon

Kimyasal adsorpsiyon işlemleri, yüksek enerjili adsorpsiyon işlemleridir. Çünkü çözünen, adsorban üzerindeki aktif merkezlerle kuvvetli bağlar oluşturur. Adsorban ve çözünen arasındaki bağ kimyasal tepkimelerde olduğu gibi, sıcaklık artışıyla daha da kuvvetlenir. Kimyasal adsorpsiyon genelde tersinmez bir olaydır.

1.4.2. Adsorpsiyona Etki Eden Faktörler

Adsorpsiyona etki eden yüzey alanı, çözünen maddenin cinsi ve özellikleri, yabancı çözünenlerin etkisi, ortam pH’ı, sıcaklık ve adsorban cinsi gibi faktörler aşağıda açıklanmaktadır.

Yüzey Alanı

Adsorpsiyon bir yüzey olayıdır. Dolayısıyla spesifik yüzey alanıyla orantılıdır. Spesifik yüzey alan, toplam yüzeyin adsorpsiyona uygun olan kısmı şeklinde tanımlanır.

(40)

21

Çözünen Maddenin Cinsi ve Özellikleri

Çözünen maddenin çözünürlüğü, adsorpsiyon dengesi için kontrol edici bir faktördür. Genel olarak, çözünen maddenin adsorpsiyon hızı ile sıvı fazdaki çözünürlüğü arasında ters bir ilişki vardır. Bu Lundelius kuralıdır. Çözünürlük arttıkça, çözücü-çözünen bağı kuvvetlenir ve adsorpsiyon derecesi azalır [39].

Yabancı Çözünenlerin Etkisi

Genellikle bir bileşenin adsorpsiyonu, ortama katılan diğer çözünen maddelerin etkisi ile azalmaktadır. Ancak bunun tersinin doğru olduğu durumlarda gözlenmiştir

Ortam pH’ı

Adsorpsiyon olayının gerçekleştiği çözeltinin pH’ı, adsorpsiyonu etkiler. Çünkü hidrojen ve hidronyum iyonları, oldukça kuvvetli adsorplanırlar. Diğer iyonların adsorpsiyonu, çözeltinin pH’ sı tarafından etkilenir.

Sıcaklık

Sıcaklığın etkisi, adsorpsiyonun ekzotermik ve endotermik olmasına bağlıdır. Adsorpsiyon ekzotermik olduğunda sıcaklığın artması adsorplanan madde miktarını azaltır. Adsorpsiyon endotermik olduğunda sıcaklığın artmasıyla adsorplanan madde miktarı artar. Sıcaklığın artmasıyla adsorplanan madde miktarının artması adsorplanan türün çözünmemesine, gözenek yapısındaki değişmelere, adsorplananın partiküller arası difüzyon hızının artmasına bağlıdır [40].

Adsorbent modifikasyonu (Ultrases)

Ultrases, insan işitme eşiğinin üzerindeki frekanslarla (18 khz) bir basınç veya yoğunluk değişimi olan mekanik dalgaları temsil eder. Algılanmadığı için, akustik kavitasyon gibi doğrusal olmayan seslerin ortaya çıktığı yerlerde yüksek ses yoğunlukları mümkündür. Yüksek ses yoğunluğu nedeniyle sıvının gerilme sınırı aşılmıştır. Ses dalgasının genleşme döngüsü sırasında küçük gaz kabarcıkları oluşur ve bir veya birkaç döngüde büyür. Kritik bir boyuta ulaştığında, sıkıştırma döngüsü sırasında yoğun şekilde çökerler. Çöküş sırasında, birkaç bin Kelvin ve birkaç yüz bara varan aşırı termodinamik koşullar altında ortaya çıkan baloncuklarla enerji serbest kalır. Katı yüzeylerin yakınında kavitasyon kabarcıkları asimetrik olarak çökerek, 500 m/s hıza ulaşan mikrojet denilen yapılara

(41)

22

dönüşür. Sıklık ve yoğunluğa bağlı olarak, kavitasyondan kaynaklanan farklı mekanik, termal ve radikal etkiler baskındır [41].

1.4.3. Adsorpsiyon Dengesi ve İzotermler

Adsorpsiyon, adsorbant yüzeyde biriken madde konsantrasyonu ve çözeltide kalan madde konsantrasyonu arasında bir denge oluşuncaya kadar devam eder. Matematiksel olarak bu denge adsorpsiyon izotermleri ile açıklanabilir.

En çok kullanılan adsorpsiyon izotermleri; - Freundlich izotermi

- Langmuir izotermi

- BET (Brunauer, Emmet, Teller) izotermidir.

Freundlich izotermi

1909'da Freundlich, basınçla katı bir adsorban birim kütlesi tarafından adsorbe edilen bir miktar gazın adsorpsiyonunun izotermal varyasyonunu temsil eden ampirik bir ifade vermiştir (Denklem 1.3). Bu denklem Freundlich Adsorpsiyon İzotermi veya Freundlich Adsorpsiyon denklemi olarak bilinmektedir [42].

log 𝑞𝑒 = log 𝐾𝑓+ (1 𝑛⁄ ) log 𝐶𝑒 (1.3) Burada Kf (mg/g) Freundlich sabiti, n Freundlich katsayısıdır. n parametresi, bu doğal

adsorbanların düşük enerji heterojenitesine sahip adsorban yüzeyindeki aktif bölgeleri tarif eder. Bu değer aynı zamanda adsorpsiyon yoğunluğudur ve 1 ile 10 arasındaki değer, iyi adsorpsiyonun bir işaretidir. n, 1'den küçükse, adsorpsiyon kimyasaldır. Aksine, fiziksel olarak adlandırılabilir [12].

Langmuir izotermi

1916'da Irving Langmuir, adsorpsiyonun basınçla değişimini açıklayan başka bir adsorpsiyon izotermi önermiştir. Bu teoriye dayanarak, adsorpsiyona maruz kalan yüzeyin aktif bölgelerinin sayısı ile basınç arasındaki ilişkiyi gösteren Langmuir Denklemini türetmiştir (Denklem 1.4 ve Denklem 1.5).

(42)

23

Langmuir İzoterminin Varsayımları

Langmuir, teorisini aşağıdaki varsayımlarda bulunarak önermiştir. 1. Sabit yüzeyinde sabit sayıda boş veya adsorpsiyon bölgesi mevcuttur. 2. Tüm boş alanlar adsorban yüzeyinde eşit boyutta ve şekildedir.

3. Her bölge en fazla bir gaz molekülü tutabilir ve bu işlem sırasında sabit miktarda ısı enerjisi açığa çıkar.

4. Adsorbe edilmiş gaz molekülleri ve serbest gaz molekülleri arasında dinamik bir denge vardır.

5. Adsorpsiyon, tek tabakalı veya birleşik tabakalıdır.

(1.4) Denklemde A (g) 'nin emilmeyen gaz molekülü olduğu yerde, B (ler) boş metal yüzeydir ve AB Adsorbe edilmiş gaz molekülüdür.

𝐶𝑒⁄𝑞𝑒 = (1 𝑄⁄ 0𝑏) + (𝐶𝑒⁄𝑄0) (1.5)

qe (mg/g) dengedeyken adsorbe edilen adsorbat miktarı, Ce (mg/L) dengesi, Qo ve b Langmuir sabitleri , adsorpsiyon kapasitesi ve adsorpsiyon enerjisi dengesinde adsorbat konsantrasyonu.

RL Langmuir İzoterminde önemli bir diferansiyel faktördür ve Denklem 1.6'daki gibi ifade edilir.

𝑅_𝐿 = 1 (1 + 𝑏𝑄⁄ ₀) (1.6) RL'nin 1'den büyük olması arzu edilmez. RL 1'e eşitse, adsorpsiyon doğrusaldır, 0 ile 1 arasında ise, adsorpsiyon uygundur, yani adsorpsiyon dışarıdan enerji alınmadan gerçekleştirilebilir [43].

(43)

24

BET (Brunauer, Emmet, Teller) izotermi

Brunauer, Emmett ve Teller aşağıdaki varsayımları yapmışlardır:

• Katının yüzeyi bir tek moleküler bir tabaka tarafından kaplanmadan önce bir takım çoklu moleküler tabakalar oluşturmaktadır,

• Adsorpsiyon dengesi gerçekleştiğinde tabakalardan her biri için bir denge hali meydana gelmektedir,

• Birinci tabaka dışında, bağ enerjisinin sorumlu kuvvetleri, gazın sıvılaşmasındaki kuvvetlerin aynısıdır. BET, bu varsayımlardan hareket ederek Denklem 1.7’deki bağıntıyı önermişlerdir:

𝑉 = 𝑉_𝑚 𝑐.𝑃 (𝑃0−𝑃).[1+ (𝑐−1).𝑃_𝑃0 ]

(1.7)

Bu eşitlik, BET izotermi denklemi olarak bilinir. Bu eşitlikte V, P basıncında ve T sıcaklığında adsorplanmış olan gazın standart koşullara göre hesaplanmış hacmi; Po, T sıcaklığında adsorplanmış gazın doymuş buhar basıncı; Vm, yüzeyin tek bir moleküler tabaka tarafından kaplanması durumundaki adsorplanmış gaz hacminin standart koşullardaki değeri; c, verilen herhangi bir sıcaklıktaki sabittir [40].